CN102510061A - 一种并联型谐波保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联型谐波保护装置，包括保险丝、非线性电阻和滤波网络，所述的保险丝与非线性电阻串联，保险丝连接火线，非线性电阻连接零线，所述的滤波网络并联在非线性电阻两端。与现有技术相比，本发明采用并联的接线方式，仅对电网上不符合供电要求的信号进行衰减、抑制和吸收，无需断电即装即用，没有负载容量计算问题，设计使用无需复杂计算，体积小易安装。

Description

一种并联型谐波保护装置

技术领域

本发明涉及一种谐波保护装置，尤其是涉及一种对用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声、尖峰脉冲、电涌等干扰具有抑制和吸收的作用的并联型谐波保护装置。

背景技术

理想的供电应是频率和幅值符合相关规定的稳定电源，其频率应为单一频率。但随着各种新型、高效、多功能用电设备的不断更新，尤其是大量使用的非线性电气设备会使电网电压、电流波形发生不同程度的畸变，这种不同程度畸变的非正弦波会产生对用户设备及人体有直接危害的高次谐波(2kHz～10MHz)。

特种电子计算机、精密仪器以及精密机电设备等普遍存在对供电电源的谐波质量要求很高的特点，由于高次谐波的存在，使这些对电网波动敏感的电子系统在运行时，经常出现程序运行错误、数据错误、死机、无故重启、无故机电控制精度不达标，甚至会造成用电设备的永久损坏。实际测试数据表明，一般设备在“瞬变”发生频次20万次/小时状态下工作，电子设备寿命会缩短40％，电机设备寿命会缩短30％，照明设备寿命会缩短35％～45％。据统计，电子设备的故障率有75％是由于供电瞬变和浪涌造成的。

目前采用的常规解决方法是在系统供电进线端串接低通滤波器，该组低通滤波器原理图如图2所示。因其串联的特点，在使用该解决方案时，将会有以下缺点：(1)可靠性低，一旦滤波器损坏，系统供电即刻中断；(2)需断电施工，增加施工难度，使施工成本增加；(3)存在容量设计问题，设计前期需计算负载所需电流，即负载所需电流必须小于低通滤波的最大电流；(4)对于大功率负载，所配套的低通滤波器的体积也会很大；(5)带来热耗等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用并联方式的谐波保护装置，该谐波保护装置仅对电网上不符合供电要求的信号进行衰减、抑制和吸收，无需断电即装即用，没有负载容量计算问题，设计使用无需复杂计算，体积小易安装。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种并联型谐波保护装置，包括保险丝、非线性电阻和滤波网络，所述的保险丝与非线性电阻串联，保险丝连接火线，非线性电阻连接零线，所述的滤波网络并联在非线性电阻两端。

所述的滤波网络包括磁环、环形磁芯、第一电感、第二电感、空心电感、第一电容、第二电容和电阻，所述的第一电感和第二电感匝数相同，反向绕在环形磁芯上，第二电感输入端连接零线，所述的磁环的输入端连接保险丝和非线性电阻的公共端，输出端连接第一电感输入端，所述的第一电容接在第一电感和第二电感的输入端之间，所述的第二电容接在第一电感和第二电感的输出端之间，所述的空心电感与电阻并联，空心电感连接第一电感的输出端，电阻连接第二电感的输出端。

所述的非线性电阻为金属氧化锌非线性电阻。

所述的第一电容和第二电容为金属化聚丙烯交流电容。

所述的磁环为纳米晶合金磁环。

所述的环形磁芯为纳米晶合金环形磁芯。

所述的电阻镀有金属膜。

与现有技术相比，本发明由于采用了并联的接线方式，仅对电网上不符合供电要求的信号进行衰减、抑制和吸收，无需断电即装即用，没有负载容量计算问题，设计使用无需复杂计算，体积小易安装。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为常规低通滤波器的结构示意图；

图3为正常的电网波形；

图4为谐波干扰下的电网波形；

图5为本发明所采用的磁环、磁芯的磁滞回曲线；

图6为本发明与用电设备连接的结构示意图；

图7为本发明的瞬时电压抑制的伏安曲线图；

图8为本发明的滤波网络的LRC等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种并联型谐波保护装置，包括其过流保护作用的保险丝11、非线性电阻12和滤波网络，保险丝11一端与非线性电阻12串联，另一端连接火线L，非线性电阻12连接零线N，滤波网络并联在非线性电阻12两端。

滤波网络包括磁环13、环形磁芯10、第一电感15、第二电感16、空心电感18、第一电容14、第二电容17和电阻19。第一电感15和第二电感16匝数相同，反向绕在环形磁芯10上，第二电感16输入端连接零线N，磁环13的输入端连接保险丝11和非线性电阻12的公共端，输出端连接第一电感15输入端，第一电容14接在第一电感15和第二电感16的输入端之间，第二电容17接在第一电感15和第二电感16的输出端之间，空心电感18与电阻19并联，空心电感18连接第一电感15的输出端，电阻19连接第二电感16的输出端。

为使该谐波保护装置达到较好的保护效果，非线性电阻12采用金属氧化锌非线性电阻，第一电容14和第二电容17采用金属化聚丙烯交流电容，磁环13采用纳米晶合金磁环，环形磁芯10采用纳米晶合金环形磁芯，电阻19镀有金属膜。磁环13和环形磁芯10的磁滞回曲线如图5所示。

在使用时，本发明并联型谐波保护装置分别连接回路的火线L和零线N，与需要保护的用电设备或用电敏感设备并联，其连接结构如图6所示。非线性电阻器12在正常电源供电时(如图3所示)表现出高阻特性，当供电电源出现瞬时过压(如图4所示)超过某设计的电压值时，非线性电阻器12呈现较低的阻抗特性，使过压信号瞬间对零线N短路，其伏安特性曲线如图7所示。谐波保护装置的滤波网络可等效为如图8所示的LRC电路，其等效回路阻抗为：

$Z_{\mathrm{EP}}=\frac{(R+\mathrm{j\ωL})\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}}{R+\mathrm{j\ωL}+\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}}=\frac{(R+\mathrm{j\ωL})\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}}{R+j(\mathrm{\ωL}-\frac{1}{\mathrm{\ωC}})}$

对应的自然频率为：

${\mathrm{\ω}}_0=\sqrt{\frac{1}{\mathrm{LC}}-\frac{R^2}{L^2}}$

该滤波网络所表现出来的插损特性对随机高次谐波(2kHz～10MHz)有衰减特性，尤其是对电网上常见的高次谐波(100kHz)有超过40dB的衰减特性。

Claims (7)

1.一种并联型谐波保护装置，其特征在于，包括保险丝、非线性电阻和滤波网络，所述的保险丝与非线性电阻串联，保险丝连接火线，非线性电阻连接零线，所述的滤波网络并联在非线性电阻两端。

2.根据权利要求1所述的一种并联型谐波保护装置，其特征在于，所述的滤波网络包括磁环、环形磁芯、第一电感、第二电感、空心电感、第一电容、第二电容和电阻，所述的第一电感和第二电感匝数相同，反向绕在环形磁芯上，第二电感输入端连接零线，所述的磁环的输入端连接保险丝和非线性电阻的公共端，输出端连接第一电感输入端，所述的第一电容接在第一电感和第二电感的输入端之间，所述的第二电容接在第一电感和第二电感的输出端之间，所述的空心电感与电阻并联，空心电感连接第一电感的输出端，电阻连接第二电感的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的一种并联型谐波保护装置，其特征在于，所述的非线性电阻为金属氧化锌非线性电阻。

4.根据权利要求2所述的一种并联型谐波保护装置，其特征在于，所述的第一电容和第二电容为金属化聚丙烯交流电容。

5.根据权利要求2所述的一种并联型谐波保护装置，其特征在于，所述的磁环为纳米晶合金磁环。

6.根据权利要求2所述的一种并联型谐波保护装置，其特征在于，所述的环形磁芯为纳米晶合金环形磁芯。

7.根据权利要求2所述的一种并联型谐波保护装置，其特征在于，所述的电阻镀有金属膜。

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